專利名稱：黃銅合金的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及黃銅合金。特別地，本發(fā)明涉及具有低鉛含量的黃銅合金。
背景技術(shù)：
本說明書中，文件、行為或知識(shí)項(xiàng)被提及或討論時(shí)，這種提及或討論不是承認(rèn)所述文件、行為或知識(shí)項(xiàng)或其任何組合在優(yōu)先權(quán)日是可公開獲得的、公眾已知的、部分常識(shí)；或已知與試圖解決本說明書涉及的任何問題相關(guān)。本說明書以及權(quán)利要求中使用的詞語“包含”和詞語“包含”的各種形式不是限制要求保護(hù)的發(fā)明而排除任何變體或添加。黃銅是銅和鋅的合金，其中銅與鋅和其他元素的比例可以變化而產(chǎn)生一系列黃銅。黃銅還經(jīng)常含有鉛而改善機(jī)械加工性或用作潤滑劑。當(dāng)黃銅中加入鉛時(shí)，在黃銅中幾乎不溶的鉛成為非常均一地分布于黃銅中的離散粒子。于是，當(dāng)黃銅被機(jī)械加工以形成組件時(shí)，過量黃銅以片形式而非在未添加鉛時(shí)的長線圈形式被去除。這允許機(jī)械加工更復(fù)雜的部件，同時(shí)更容易從模具和機(jī)械中去除過量材料且顯著減少機(jī)械加工過程所需的功率。世界范圍的趨勢是，限制與飲用水接觸的材料的組成，以便嚴(yán)格限制許多內(nèi)含元素浸析到水中。在許多國家，包括澳大利亞和美國，由于威脅人類健康和環(huán)境，被浸析的鉛含量在試驗(yàn)條件下被測量。在美國加利福尼亞州，實(shí)際材料中的鉛含量被2010年1月1日生效的法規(guī)限制為總組成的0.25%。該法規(guī)包括當(dāng)產(chǎn)品含有幾個(gè)組件(有一些組件不含鉛)時(shí)的平均條款。例如，大部分水龍頭(在一些國家稱為水閥)和諸如混合閥、水表和減壓閥的產(chǎn)品包含由塑料或不含鉛的金屬制成的組件。因此，全世界正在試圖開發(fā)成本有效的黃銅合金，其不含鉛或含有小于0.25%濃度的鉛，以符合加利福尼亞的新規(guī)定。然而，從黃銅合金清除鉛是困難的，因?yàn)殂U的加入是保證材料具有可接受的機(jī)械加工性質(zhì)的最成本有效的方法。因此，任何低鉛合金依然需要具有可接受的機(jī)械加工性質(zhì)。實(shí)現(xiàn)低鉛銅合金的一種嘗試涉及用硅替代一些或全部的鉛。聲稱具有工業(yè)上令人滿意的性質(zhì)的硅銅合金的一個(gè)實(shí)例含有69至80%銅、1. 8至4%硅、0. 02至0. 4%鉛，剩余由鋅組成(US 7056396)。該硅合金還含有少量的砷、銻、鋁、磷、鉍、碲和/或硒，取決于合金所需的最終性質(zhì)。實(shí)現(xiàn)低鉛或基本無鉛銅合金的另一種嘗試涉及用鉍替代一些或全部鉛含量。鉍具有類似于鉛的幾種性質(zhì)，特別是也幾乎不溶于銅鋅合金。因此，鉍以類似于鉛的方式有助于機(jī)械加工性。基本不含鉛的銅合金的一個(gè)實(shí)例含有1.8至5%重量的鉍(US 5137658)?；静缓U的鍛造銅合金的另一個(gè)實(shí)例含有至少60%銅、至少0. 5%鉍以及磷、銦或錫的至少一種(US 51677 )。青銅是一種不同于黃銅的銅合金，但是也公開了用鉍替代鉛，鉍的含量為 0. 5 至 6%重量(US6419766)。然而，在所產(chǎn)生的這些含有鉍的合金可能具有可接受的性質(zhì)的同時(shí)，所產(chǎn)生的合金具有增加的成本，因?yàn)殂G目前是非常昂貴的材料(明顯昂貴于鉛)。鉍尚未廣泛使用的另一個(gè)原因是純銅中即使小濃度的鉍致使銅變脆。此外，鉍可能對(duì)人類和環(huán)境具有毒理學(xué)影響，因此，似乎優(yōu)選減少該元素在與飲用水接觸的合金中使用。依然需要經(jīng)濟(jì)且滿足減少鉛的需要的低鉛黃銅合金。

發(fā)明內(nèi)容
已經(jīng)發(fā)現(xiàn)，可以生產(chǎn)具有所需的下述五個(gè)必要性質(zhì)并且生產(chǎn)成本比目前開發(fā)的其他低鉛合金更低的低鉛黃銅合金良好的鑄造性質(zhì)、良好的熱加工性質(zhì)、良好的冷加工性質(zhì)、良好的機(jī)械加工性質(zhì)、良好的脫鋅性質(zhì)。具體說，已經(jīng)發(fā)現(xiàn)，少量鉛與鉍、錫和脫鋅劑 (例如砷、磷和銻)組合使用能夠產(chǎn)生具有全部五個(gè)上述必要性質(zhì)的低鉛黃銅合金。根據(jù)本發(fā)明，提供了一種黃銅合金，其包含(a) 0.5-1%重量的含量范圍的鉍，(b)以0. 15-0. 25%重量的含量范圍存在的鉛，(c)以0.25-1%重量的含量范圍存在的錫，(d)以0. 05-0. 4%重量的含量范圍存在的脫鋅劑，(e)以60-63%重量的含量范圍存在的銅，且(f)其余組成基本上為鋅。優(yōu)選地，鉍的含量為約0.7%重量。優(yōu)選地，鉛的含量為約0.22%重量。優(yōu)選地，錫的含量為約0.3%重量。優(yōu)選地，脫鋅劑選自(a)含量為0. 05-0. 3%重量的砷、磷或銻，或(b)含量為0. 05-0. 4%重量的硅、鍺或錫。優(yōu)選地，脫鋅劑以0. 05-0. 2%重量的含量存在。更優(yōu)選地，脫鋅劑以約0. 12%重量的含量存在。優(yōu)選地，脫鋅劑是砷或磷。實(shí)質(zhì)上，已經(jīng)令人驚訝地發(fā)現(xiàn)，錫的存在比其他元素(例如鋁)更能與鉛和鉍相容，并且在上述制劑中，鉛、鉍和錫的比例(以及脫鋅劑的存在)已經(jīng)提高了機(jī)械加工性質(zhì)而對(duì)其他性質(zhì)沒有負(fù)面影響。據(jù)信，對(duì)于該黃銅合金實(shí)現(xiàn)所需的五個(gè)必要性質(zhì)并且生產(chǎn)成本比目前開發(fā)的其他低鉛合金更低而言重要的是在確定的非常窄的范圍內(nèi)的錫、鉛、鉍的比例(以及脫鋅劑的存在)，所述五個(gè)必要性質(zhì)是良好的鑄造性質(zhì)、良好的熱加工性質(zhì)、良好的冷加工性質(zhì)、良好的機(jī)械加工性質(zhì)、良好的脫鋅性質(zhì)。在每個(gè)方面中可以存在通常稱為雜質(zhì)的其他元素，如果存在，則沒有一種其他元素以超過0. 2%重量的含量存在。本領(lǐng)域技術(shù)人員將理解，考慮到所討論的潛在應(yīng)用，理想的合金將具有盡可能少的鉛和鉍，同時(shí)依然保持需要的可接受的機(jī)械加工性質(zhì)。優(yōu)選地，存在的鉍的含量不超過約
0. 7%重量。實(shí)際上，對(duì)于管道組件使用的黃銅合金而言，鋅含量受符合脫鋅要求的需要的控制。脫鋅可能是含有超過15%鋅的合金的一個(gè)問題。脫鋅選擇性地從合金去除鋅，留下富含銅的多孔結(jié)構(gòu)，其具有顯著更低的機(jī)械強(qiáng)度。脫鋅可以貫穿黃銅進(jìn)行，弱化整個(gè)組件并導(dǎo)致其泄露。
如所示的，本發(fā)明的合金含有脫鋅劑以提供抗脫鋅性質(zhì)，這實(shí)際上是所有與水接觸的、基于銅的產(chǎn)品目前所需要具有的。根據(jù)本發(fā)明的黃銅合金可以使用任何已知方法生產(chǎn)。其可以使用全新原材料生產(chǎn)，或者其可以使用回收的合金材料生產(chǎn)，或者其可以使用新材料和回收材料的組合生產(chǎn)。
具體實(shí)施例方式實(shí)施例現(xiàn)在參考下述非限制性實(shí)施例描述本發(fā)明的各種實(shí)施方案/方面。實(shí)施例1本實(shí)施例示例說明根據(jù)本發(fā)明的黃銅合金。制備了具有下述組成限值的黃銅合金
權(quán)利要求
1.一種黃銅合金，其包含(a)0.5-1%重量的含量范圍的鉍，(b)以0.15-0. 25%重量的含量范圍存在的鉛，(c)以0.25-1%重量的含量范圍存在的錫，(d)以0.05-0.4%重量的含量范圍存在的脫鋅劑，(e)以60-63%重量的含量范圍存在的銅，且(f)其余組成基本上為鋅。
2.根據(jù)權(quán)利要求1的黃銅合金，其中鉍的含量約為0.7%重量。
3.根據(jù)權(quán)利要求1或2的黃銅合金，其中鉛的含量約為0.22%重量。
4.根據(jù)權(quán)利要求1至3任一項(xiàng)的黃銅合金，其中錫的含量約為0.3%重量。
5.根據(jù)權(quán)利要求1至4任一項(xiàng)的黃銅合金，其中所述脫鋅劑選自(a)含量為0.05-0. 3%重量的砷、磷或銻，或(b)含量為0.05-0. 4%重量的硅、鍺或錫。
6.根據(jù)權(quán)利要求1至4任一項(xiàng)的黃銅合金，其中所述脫鋅劑0.05-0. 2%重量的含量存在。
7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的黃銅合金，其中所述脫鋅劑以約0.12%重量的含量存在。
8.根據(jù)權(quán)利要求6或7的黃銅合金，其中所述脫鋅劑是砷或磷。
9.根據(jù)權(quán)利要求1至8任一項(xiàng)的黃銅合金，其進(jìn)一步包含一種或多種其他元素，該一種其他元素的含量不超過0. 2%重量。
全文摘要
一種黃銅合金，其包含(a)0.5-1％重量的含量范圍的鉍，(b)以0.15-0.25％重量的含量范圍存在的鉛，(c)以0.25-1％重量的含量范圍存在的錫，(d)以0.05-0.4％重量的含量范圍存在的脫鋅劑，(e)以60-63％重量的含量范圍存在的銅，且(f)其余組成基本上為鋅。
文檔編號(hào)C22C9/04GK102206772SQ20101021820
公開日2011年10月5日 申請(qǐng)日期2010年6月29日 優(yōu)先權(quán)日2010年3月30日
發(fā)明者C·V·蘭塞爾, L·V·蘭塞爾 申請(qǐng)人:Lclip有限公司